BR112020018233B1

BR112020018233B1 - COUPLING FOR CONNECTION OF DOWNHOLE TUBULARS, CONNECTION, DRILL ROD FOR PERCUSSIVE DRILLING AND DRILLING COLUMN

Info

Publication number: BR112020018233B1
Application number: BR112020018233-8A
Authority: BR
Inventors: Andreas Rindeskär
Original assignee: Sandvik Mining And Construction Tools Ab
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2024-04-02

Abstract

A presente invenção se refere a um acoplamento para conexão de tubulares de fundo de poço que inclui: um corpo de tubular; e pelo menos uma de: uma rosca de parafuso macho formada sobre uma superfície externa do corpo, e uma rosca de parafuso fêmea formada em uma superfície interna do corpo. A pelo menos uma rosca possui uma forma de rosca incluindo uma crista, uma raiz, e um par de flancos. A crista e a raiz são cada uma encurvadas em torno de um respectivo primeiro e segundo raio de curvatura. Cada raio de curvatura é maior do que um diâmetro externo do acoplamento.The present invention relates to a coupling for connecting downhole tubulars that includes: a tubular body; and at least one of: a male screw thread formed on an outer surface of the body, and a female screw thread formed on an inner surface of the body. The at least one thread has a thread shape including a crest, a root, and a pair of flanks. The crest and root are each curved about a respective first and second radius of curvature. Each radius of curvature is greater than one outer diameter of the coupling.

Description

Technical field of invention

[0001] A presente invenção genericamente se refere a uma rosca encurvada (arqueada) para um acoplamento de coluna (string) de perfuração e, em particular, embora não exclusivamente, para uma coluna de perfuração utilizada para perfuração de percussão de rocha.[0001] The present invention generally relates to a curved (arched) thread for a drill string coupling and, in particular, although not exclusively, for a drill string used for rock percussion drilling.

Background

[0002] A parente européia número EP 1 511 911/US 8,066,307 apresenta uma junção de parafuso para uma corrida de perfuração ou coluna de perfuração para perfuração de percussão de rocha incluindo roscas de parafuso macho e fêmea sobre os elementos a serem unidos juntamente para formar uma coluna de perfuração, caracterizada pelo fato de que a rosca macho e a rosca fêmea possuem uma forma trapezoidal; de que as roscas possuem uma inclinação cônica ao longo do comprimento das roscas com um ângulo de cone menor do que 7 graus, e de que os ângulos de flanco entre os flancos das roscas e a linha que é tangencial com os ápices (vértices) das roscas é menor do que 45 graus.[0002] European parent number EP 1,511,911/US 8,066,307 discloses a screw joint for a drill run or drill string for rock percussion drilling including male and female screw threads on the elements to be joined together to form a drilling string, characterized by the fact that the male thread and the female thread have a trapezoidal shape; that the threads have a conical slope along the length of the threads with a cone angle less than 7 degrees, and that the flank angles between the flanks of the threads and the line that is tangential to the apices (vertices) of the threads threads is less than 45 degrees.

[0003] A rosca cônica da patente européia EP’911 não é otimizada para distribuição de carga de encurvamento (flexão) uniformemente através do comprimento da mesma e nem faz a rosca cônica resultar em acoplamento expediente e tempo de desacoplamento. A resistência ao desgaste da rosca cônica da patente européia EP’911 deixa espaço para aperfeiçoamento.[0003] The tapered thread of the European patent EP'911 is not optimized for distributing bending (bending) load evenly across its length nor does the tapered thread result in expedient coupling and uncoupling time. The wear resistance of the tapered thread of the European patent EP’911 leaves room for improvement.

[0004] Em concordância com isso é desejável proporcionar uma rosca de coluna de perfuração aperfeiçoada para perfuração de percussão de rocha que não sofre a partir das deficiências da rosca cônica.[0004] In accordance with this it is desirable to provide an improved drill string thread for rock percussion drilling that does not suffer from the deficiencies of the tapered thread.

Summary of the invention

[0005] A presente invenção genericamente se refere a uma rosca encurvada (arqueada) para um acoplamento de coluna de perfuração e, em particular, embora não exclusivamente, para uma coluna de perfuração utilizada para perfuração de percussão de rocha. Em uma concretização, um acoplamento para conexão de tubulares de fundo de poço inclui: um corpo de tubular; uma parte de acoplamento fêmea; uma parte de acoplamento macho; e pelo menos uma de: uma rosca de parafuso macho formada sobre uma superfície externa do corpo, e uma rosca de parafuso fêmea formada em uma superfície interna do corpo. A pelo menos uma rosca possui uma forma de rosca incluindo uma crista, uma raiz, e um par de flancos. A crista e a raiz são cada uma encurvadas em torno de um respectivo primeiro e segundo raio de curvatura. Cada raio de curvatura é maior do que um diâmetro externo do acoplamento.[0005] The present invention generally relates to a curved (arcuated) thread for a drill string coupling and, in particular, although not exclusively, to a drill string used for rock percussion drilling. In one embodiment, a coupling for connecting downhole tubulars includes: a tubular body; a female coupling part; a male coupling part; and at least one of: a male screw thread formed on an outer surface of the body, and a female screw thread formed on an inner surface of the body. The at least one thread has a thread shape including a crest, a root, and a pair of flanks. The crest and root are each curved about a respective first and second radius of curvature. Each radius of curvature is greater than one outer diameter of the coupling.

[0006] Vantajosamente, relativamente para a rosca cônica da patente européia EP’911, as roscas encurvadas exibem características de acoplamento aperfeiçoadas e rigidez aperfeiçoada quando submetidas para cargas de encurvamento (flexão). As roscas encurvadas reduzem tempo de acoplamento e de desacoplamento. As roscas encurvadas distribuem a carga de encurvamento mais uniformemente através do comprimento devido para o fato da curvatura das mesmas se alinhando melhor com uma curvatura do encurvamento. As roscas encurvadas também exibem superior resistência ao desgaste devido para o fato da direção das forças de contato sendo mais perpendiculares, em consequência disso reduzindo as forças de deslizamento.[0006] Advantageously, relative to the tapered thread of the European patent EP'911, the curved threads exhibit improved coupling characteristics and improved rigidity when subjected to bending (bending) loads. Curved threads reduce coupling and uncoupling time. Curved threads distribute the bending load more evenly across the length due to the fact that their curvature better aligns with the curvature of the bend. Curved threads also exhibit superior wear resistance due to the fact that the direction of contact forces is more perpendicular, thereby reducing sliding forces.

[0007] Em um aspecto da concretização, cada flanco é reto, e cada flanco é conectado a uma adjacente crista e/ou raiz por um respectivo arco.[0007] In one aspect of the embodiment, each flank is straight, and each flank is connected to an adjacent ridge and/or root by a respective arc.

[0008] Em um outro aspecto da concretização, uma linha central da forma de rosca perpendicular para um arco de cada raio de curvatura (de arqueamento) é inclinada em relação a um eixo geométrico longitudinal do acoplamento por um agudo e aproximadamente perpendicular primeiro ângulo adjacente para um início da pelo menos uma rosca e inclinada por um segundo ângulo adjacente para uma extremidade da pelo menos uma rosca, e o segundo ângulo é menor do que o primeiro ângulo.[0008] In another aspect of the embodiment, a centerline of the thread form perpendicular to an arc of each radius of curvature (of camber) is inclined with respect to a longitudinal geometric axis of the coupling by an acute and approximately perpendicular first adjacent angle to a start of the at least one thread and inclined by a second angle adjacent to an end of the at least one thread, and the second angle is smaller than the first angle.

[0009] Em um outro aspecto da concretização, cada raio de curvatura é pelo menos 5 vezes maior do que um diâmetro externo do acoplamento. Em um outro aspecto da concretização, a forma de rosca é assimétrica. Em um outro aspecto da concretização, a forma de rosca é trapezoidal. Em um outro aspecto da concretização, um ângulo de varredura da pelo menos uma rosca varia entre um grau e 10 graus. Em um outro aspecto da concretização, a raiz e a crista são concêntricas. Em um outro aspecto da concretização, um comprimento de arco da raiz e um comprimento de arco da crista são iguais. Em um outro aspecto da concretização, um comprimento de arco da raiz e um comprimento de arco da crista não são iguais.[0009] In another aspect of the embodiment, each radius of curvature is at least 5 times greater than an outer diameter of the coupling. In another aspect of the embodiment, the thread shape is asymmetrical. In another aspect of the embodiment, the thread shape is trapezoidal. In another aspect of the embodiment, a sweep angle of the at least one thread varies between one degree and 10 degrees. In another aspect of embodiment, the root and crest are concentric. In another aspect of the embodiment, a root arc length and a crest arc length are equal. In another aspect of the embodiment, a root arc length and a crest arc length are not equal.

[0010] Em um outro aspecto da concretização, uma conexão inclui: uma parte de acoplamento fêmea possuindo a rosca fêmea; e uma parte de acoplamento macho possuindo a rosca macho e aparafusada para a rosca fêmea. Um dos flancos é um flanco de contato e o outro flanco é um flanco sem contato quando os acoplamentos estão em compressão. Cada flanco é reto. Cada forma de rosca possui uma linha central perpendicular para um arco de cada respectivo raio de curvatura. Cada flanco possui um ângulo de flanco inclinado relativamente para a respectiva linha central. Cada ângulo de flanco de contato é maior do que o respectivo ângulo de flanco sem contato.[0010] In another aspect of the embodiment, a connection includes: a female coupling part having the female thread; and a male coupling part having the male thread and screwed to the female thread. One of the flanks is a contacting flank and the other flank is a non-contacting flank when the couplings are in compression. Each flank is straight. Each thread form has a centerline perpendicular to an arc of each respective radius of curvature. Each flank has a flank angle inclined relatively to the respective centerline. Each contact flank angle is greater than the respective non-contact flank angle.

[0011] Opcionalmente, cada ângulo de flanco sem contato é menor do que 45 graus. Na medida em que a patente européia EP’911 define ângulo de flanco como sendo mensurado a partir do ápice (vértice) de rosca, então o ensinamento da patente européia EP’911 traduz (leva para) para ângulos de flanco sendo maiores do que 45 graus. Minimização do ângulo de flanco sem contato facilita desacoplamento e facilita transmissão da onda de choque durante desacoplamento.[0011] Optionally, each non-contact flank angle is less than 45 degrees. To the extent that the European patent EP'911 defines flank angle as being measured from the thread apex (vertex), then the teaching of the European patent EP'911 translates (leads to) flank angles being greater than 45 degrees. Minimizing the non-contact flank angle facilitates decoupling and facilitates shock wave transmission during decoupling.

[0012] Em um outro aspecto da concretização, cada acoplamento é feito a partir de um metal ou liga. A parte de acoplamento macho possui uma porção de diâmetro externo, uma porção de diâmetro reduzido possuindo a rosca macho, e um anteparo conectando as duas porções. O anteparo é engatado com uma extremidade da parte de acoplamento fêmea para formar uma vedação metal para metal.[0012] In another aspect of the embodiment, each coupling is made from a metal or alloy. The male coupling part has an outer diameter portion, a reduced diameter portion having the male thread, and a shield connecting the two portions. The bulkhead engages with one end of the female coupling part to form a metal-to-metal seal.

[0013] Em um outro aspecto da concretização, uma haste de broca para perfuração percussiva, inclui: um corpo de haste; uma parte de acoplamento fêmea possuindo a rosca fêmea e soldada para uma primeira extremidade do corpo de haste; e uma parte de acoplamento macho possuindo a rosca macho e soldada para uma segunda extremidade do corpo de haste. Opcionalmente, um diâmetro externo dos acoplamentos varia entre 5 centímetros e 20 centímetros, e cada raio de curvatura é maior do que um metro.[0013] In another aspect of the embodiment, a drill rod for percussive drilling includes: a rod body; a female coupling part having the female thread and welded to a first end of the rod body; and a male coupling portion having male threads and welded to a second end of the rod body. Optionally, an outer diameter of the couplings varies between 5 centimeters and 20 centimeters, and each radius of curvature is greater than one meter.

[0014] Em um outro aspecto da concretização, uma coluna de perfuração inclui uma haste de broca.[0014] In another aspect of the embodiment, a drill string includes a drill rod.

Brief description of the drawings

[0015] Uma implementação específica da presente invenção irá agora ser descrita, por intermédio de exemplificação unicamente, e com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes nos quais:[0015] A specific implementation of the present invention will now be described, by way of exemplification only, and with reference to the accompanying Drawing Figures in which:

[0016] A Figura 1 ilustra uma haste de broca possuindo um acoplamento macho e um acoplamento fêmea, cada acoplamento incluindo uma rosca de parafuso encurvada, em concordância com uma concretização da presente invenção;[0016] Figure 1 illustrates a drill rod having a male coupling and a female coupling, each coupling including a curved screw thread, in accordance with an embodiment of the present invention;

[0017] A Figura 2A ilustra uma hélice encurvada para concepção das roscas encurvadas. A Figura 2B ilustra parâmetros das roscas encurvadas;[0017] Figure 2A illustrates a curved helix for designing curved threads. Figure 2B illustrates curved thread parameters;

[0018] As Figuras 3A – 3G ilustram fórmulas para hélice encurvada;[0018] Figures 3A – 3G illustrate formulas for a curved helix;

[0019] A Figura 4 ilustra um perfil da rosca encurvada macho;[0019] Figure 4 illustrates a profile of the male curved thread;

[0020] As Figuras 5A e 5B são ampliações de porções da Figura 4;[0020] Figures 5A and 5B are enlargements of portions of Figure 4;

[0021] A Figura 6 ilustra um perfil da rosca encurvada fêmea;[0021] Figure 6 illustrates a profile of the female curved thread;

[0022] As Figuras 7A e 7B são ampliações de porções da Figura 6;[0022] Figures 7A and 7B are enlargements of portions of Figure 6;

[0023] A Figura 8 ilustra os acoplamentos macho e fêmea aparafusados juntamente.[0023] Figure 8 illustrates the male and female couplings screwed together.

Detailed Description

[0024] A Figura 1 ilustra uma haste de broca (1) possuindo um acoplamento fêmea (2) e um acoplamento macho (4), cada acoplamento incluindo uma respectiva rosca de parafuso encurvada (2t, 4t), em concordância com uma concretização da presente invenção. A haste de broca (1) pode ser feita a partir de um metal ou liga, tal como aço. A haste de broca (1) pode também ser endurecida (cementada), tal como por carburação. Cada acoplamento (2, 4) pode ser atado, tal como soldado (5), para um corpo de haste intermediário (3) de maneira tal a formar extremidades longitudinais da haste de broca (1). Cada solda (5) pode ser sem costura, tal como uma solda de fricção. A haste de broca (1) pode possuir um furo (orifício) de fluxo formado através da mesma. A haste de broca (1) pode possuir um comprimento de 6 metros.[0024] Figure 1 illustrates a drill rod (1) having a female coupling (2) and a male coupling (4), each coupling including a respective curved screw thread (2t, 4t), in accordance with an embodiment of the present invention. The drill rod (1) may be made from a metal or alloy, such as steel. The drill shank (1) can also be hardened (carburized), such as by carburizing. Each coupling (2, 4) may be attached, as welded (5), to an intermediate rod body (3) so as to form longitudinal ends of the drill rod (1). Each weld (5) may be seamless, such as a friction weld. The drill rod (1) may have a flow hole formed through it. The drill rod (1) can be 6 meters long.

[0025] Uma coluna de perfuração (não mostrada) pode ser formada por aparafusamento juntamente de uma pluralidade de hastes de broca (1) juntamente (Figura 8) juntamente com a broca em uma extremidade e um adaptador de haste na outra extremidade. A broca e o adaptador de haste podem também possuir ambas das roscas de parafuso encurvadas (2t, 4t). A coluna de perfuração pode ser utilizada para perfuração de percussão de rocha com um martelo de topo (não mostrado) ou martelo de fundo de poço (não mostrado). Se um martelo de fundo de poço é utilizado, o martelo pode possuir cada uma das roscas de parafuso encurvadas (2t, 4t) para montagem como parte da coluna de perfuração.[0025] A drill string (not shown) can be formed by screwing together a plurality of drill rods (1) together (Figure 8) together with the drill bit at one end and a rod adapter at the other end. The drill bit and shank adapter can also have both curved screw threads (2t, 4t). The drill string can be used for percussion drilling of rock with a top hammer (not shown) or down hole hammer (not shown). If a downhole hammer is used, the hammer may have each of the curved screw threads (2t, 4t) for mounting as part of the drill string.

[0026] Alternativamente, a haste de broca (1) pode possuir um par de acoplamentos macho (4) e uma luva (não mostrada) possuindo um par de acoplamentos fêmea (2) pode ser utilizado para conectar um par de hastes de broca juntamente. Alternativamente, as roscas de parafuso encurvadas (2t, 4t) podem ser utilizadas para conectar outros tipos de tubulares de fundo de poço, tais como tubo de broca, alojamento ou revestimento de campo de óleo, tubulação de produção de campo de óleo, ou haste de sucção de campo de óleo.[0026] Alternatively, the drill rod (1) may have a pair of male couplings (4) and a sleeve (not shown) having a pair of female couplings (2) may be used to connect a pair of drill rods together . Alternatively, curved screw threads (2t, 4t) can be used to connect other types of downhole tubulars, such as drill pipe, oil field housing or casing, oil field production tubing, or rod oil field suction.

[0027] A parte de acoplamento macho (4) pode possuir um corpo tubular com uma porção superior de diâmetro externo para conexão para uma extremidade inferior do corpo de haste (3), uma porção inferior de diâmetro reduzido possuindo a rosca macho externa (4t) formada em uma superfície externa da mesma, e um anteparo (4s) conectando as porções superior e inferior. A porção superior da parte de acoplamento macho pode possuir uma pluralidade de planos de chave formados em uma superfície externa da mesma. O furo de fluxo na porção superior pode incluir um bocal e uma porção de um gargalo. O gargalo pode se estender através do anteparo (4s) e da porção inferior.[0027] The male coupling part (4) may have a tubular body with an upper portion of external diameter for connection to a lower end of the rod body (3), a lower portion of reduced diameter having the external male thread (4t ) formed on an external surface thereof, and a screen (4s) connecting the upper and lower portions. The upper portion of the male coupling part may have a plurality of key planes formed on an outer surface thereof. The flow hole in the upper portion may include a nozzle and a neck portion. The neck can extend through the bulkhead (4s) and the lower portion.

[0028] A parte de acoplamento fêmea (2) pode possuir um corpo tubular com uma porção inferior para conexão para uma extremidade superior do corpo de haste (3). A parte de acoplamento fêmea (2) pode possuir a rosca fêmea interna (2t) formada em uma superfície interna da mesma adjacente para o furo de fluxo da mesma. O furo de fluxo pode ser dimensionado para receber a porção inferior de diâmetro reduzido da parte de acoplamento macho (4) de uma outra haste de broca (Figura 8). A parte de acoplamento macho (4) pode ser aparafusada para a parte de acoplamento fêmea (2) até que o anteparo (4s) venha a confinar um topo (2p) do acoplamento fêmea, em consequência disso criando uma vedação metal para metal para isolamento do furo de fluxo e fixação (aperto) das duas hastes de broca juntamente.[0028] The female coupling part (2) may have a tubular body with a lower portion for connection to an upper end of the rod body (3). The female coupling part (2) may have the internal female thread (2t) formed on an internal surface thereof adjacent to the flow hole thereof. The flow hole can be sized to receive the reduced diameter lower portion of the male coupling part (4) of another drill rod (Figure 8). The male coupling part (4) can be screwed to the female coupling part (2) until the bulkhead (4s) abuts a top (2p) of the female coupling, thereby creating a metal-to-metal seal for insulation of the flow hole and clamping (tightening) the two drill rods together.

[0029] O furo de fluxo da parte de acoplamento fêmea (2) pode incluir um difusor localizado adjacente para uma extremidade inferior da rosca fêmea (2t).[0029] The flow hole of the female coupling part (2) may include a diffuser located adjacent to a lower end of the female thread (2t).

[0030] Alternativamente, a parte de acoplamento macho (4) pode ser conectada para uma extremidade superior do corpo de haste (3) e a parte de acoplamento fêmea (2) pode ser conectada para uma extremidade inferior do corpo de haste. Nesta alternativa, o bocal da parte de acoplamento macho (4) deveria ser um difusor e o difusor da parte de acoplamento fêmea (2) deveria ser um bico.[0030] Alternatively, the male coupling part (4) can be connected to an upper end of the rod body (3) and the female coupling part (2) can be connected to a lower end of the rod body. In this alternative, the nozzle of the male coupling part (4) should be a diffuser and the diffuser of the female coupling part (2) should be a nozzle.

[0031] A Figura 2A ilustra uma hélice encurvada (6) para concepção das roscas encurvadas (2t, 4t). A Figura 2B ilustra parâmetros das roscas encurvadas (2t, 4t). As Figuras 3A - 3G ilustram fórmulas para a hélice encurvada (6). Para concepção das roscas encurvadas (2t, 4t), um ou mais parâmetros de rosca, tais como um diâmetro de início D0, um diâmetro final D1, e um comprimento (linear) L, podem ser especificados utilizando dimensões da haste de broca (1). Uma vez que os parâmetros de rosca tenham sido especificados, um raio de curvatura Rb pode ser calculado utilizando a fórmula da Figura 3A. O raio de curvatura Rb pode se estender a partir de um ponto central CP e pode definir cristas da rosca macho (4t) e raízes da rosca fêmea (2t). Os parâmetros de rosca podem ser especificados de maneira tal que o raio de curvatura Rb venha a ser maior do que, tal como 5 vezes ou 10 vezes maior do que, um diâmetro externo das partes de acoplamento (2, 4). O diâmetro externo das partes de acoplamento (2, 4) pode variar entre 5 centímetros e 20 centímetros e o raio de curvatura Rb pode ser maior do que um metro, tal como variando entre 1,05 metros e 1,7 metros.[0031] Figure 2A illustrates a curved helix (6) for designing curved threads (2t, 4t). Figure 2B illustrates parameters of curved threads (2t, 4t). Figures 3A - 3G illustrate formulas for the curved helix (6). For designing curved threads (2t, 4t), one or more thread parameters, such as a starting diameter D0, an ending diameter D1, and a (linear) length L, can be specified using drill shank dimensions (1 ). Once thread parameters have been specified, a radius of curvature Rb can be calculated using the formula in Figure 3A. The radius of curvature Rb can extend from a central point CP and can define crests of the male thread (4t) and roots of the female thread (2t). The thread parameters can be specified such that the radius of curvature Rb is greater than, such as 5 times or 10 times greater than, an external diameter of the coupling parts (2, 4). The outer diameter of the coupling parts (2, 4) may vary between 5 centimeters and 20 centimeters and the radius of curvature Rb may be greater than one meter, such as varying between 1.05 meters and 1.7 meters.

[0032] Uma vez que o raio de curvatura Rb tenha sido calculado, um ângulo de varredura y pode ser calculado utilizando a fórmula da Figura 3b. O ângulo de varredura y pode variar entre um grau e dez graus. Uma vez que o ângulo de varredura y tenha sido calculado, a hélice encurvada (6) pode ser gerada utilizando as fórmulas paramétricas das Figuras 3C - 3G. A hélice encurvada (6) pode ser utilizada para definir um esboço das roscas encurvadas (2t, 4t). Nas fórmulas paramétricas, R(t) pode ser uma coordenada radial da hélice encurvada em torno de um eixo geométrico longitudinal GL da haste de broca (1). A convenção das fórmulas das Figuras 3E - 3G pode ser negativa (mostrada) para uma rosca de mão esquerda e positiva para uma rosca de mão direita.[0032] Once the radius of curvature Rb has been calculated, a sweep angle y can be calculated using the formula in Figure 3b. The y-scan angle can vary between one degree and ten degrees. Once the sweep angle y has been calculated, the curved helix (6) can be generated using the parametric formulas in Figures 3C - 3G. The curved helix (6) can be used to define a sketch of the curved threads (2t, 4t). In parametric formulas, R(t) can be a radial coordinate of the helix curved around a longitudinal geometric axis GL of the drill shank (1). The formula convention of Figures 3E - 3G can be negative (shown) for a left-hand thread and positive for a right-hand thread.

[0033] As roscas fêmea (2t) e macho (4t) podem ser complementares de maneira tal que a rosca macho de uma haste de broca (1) pode ser aparafusada para a rosca fêmea de uma outra haste de broca (Figura 8). Para facilitar aparafusamento e desparafusamento das roscas (2t, 4t), as roscas macho (4t) e fêmea (2t) podem ser similares, mas não ser imagens de espelho idênticas umas das outras. O processo de concepção (design) acima discutido pode ser desempenhado uma vez para a rosca fêmea (2t) e novamente para a rosca macho (4t). Cada uma das roscas fêmea (2t) e macho (4t) podem ser roscas duplas.[0033] The female (2t) and male (4t) threads can be complementary in such a way that the male thread of a drill rod (1) can be screwed to the female thread of another drill rod (Figure 8). To facilitate screwing and unscrewing of threads (2t, 4t), the male (4t) and female (2t) threads may be similar, but not be identical mirror images of each other. The design process discussed above can be performed once for the female thread (2t) and again for the male thread (4t). Each of the female (2t) and male (4t) threads can be double threads.

[0034] Alternativamente, as roscas encurvadas (2t, 4t) podem ser roscas de mão direita. Alternativamente, cada uma das roscas fêmea (2t) e macho (4t) podem ser uma rosca única ou roscas triplas.[0034] Alternatively, the curved threads (2t, 4t) can be right-hand threads. Alternatively, each of the female (2t) and male (4t) threads may be a single thread or triple threads.

[0035] A Figura 4 ilustra um perfil (7m) da rosca encurvada macho (4t). As Figuras 5a e 5B são ampliações de porções da Figura 4. Uma vez que o esboço da rosca macho (4t) tenha sido gerado, o perfil (7m) pode ser determinado. O perfil (7m) pode iniciar em uma distância de afastamento X0 a partir do anteparo (4s). O perfil (7m) pode terminar em um ponto onde a crista do perfil intercepta um eixo geométrico G1 paralelo para o eixo geométrico longitudinal GL e deslocado (compensado) para o diâmetro de extremidade D1. O ângulo de varredura y pode definir a extensão encurvada (arqueada) do perfil (7m) a partir do início para o fim e pode variar entre um grau e 10 graus.[0035] Figure 4 illustrates a profile (7m) of the male curved thread (4t). Figures 5a and 5B are enlargements of portions of Figure 4. Once the male thread sketch (4t) has been generated, the profile (7m) can be determined. The profile (7m) can start at a distance of X0 from the bulkhead (4s). The profile (7m) may end at a point where the crest of the profile intersects a geometric axis G1 parallel to the longitudinal geometric axis GL and offset (offset) to the end diameter D1. The sweep angle y can define the curved (arched) extent of the profile (7m) from the beginning to the end and can vary between one degree and 10 degrees.

[0036] Referindo-se especificamente para a Figura 5A, uma forma de rosca do perfil (7m) pode incluir uma primeira crista A1. A forma de rosca pode possuir uma configuração trapezoidal. A primeira crista A1 pode ser um arco com o raio de curvatura (externo) Rb e pode se estender para um segundo arco A2. A linha central CL pode ser inclinada em relação ao eixo de deslocamento G1 em um agudo e aproximadamente perpendicular primeiro ângulo δo. O segundo arco A2 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb. O segundo arco A2 pode se estender a partir da primeira crista A1 para um flanco sem contato E1. O segundo arco A2 pode ser tangencial para a primeira crista A1 e o flanco sem contato E1.[0036] Referring specifically to Figure 5A, a thread shape of the profile (7m) may include a first ridge A1. The donut shape may have a trapezoidal configuration. The first crest A1 may be an arc with the (outer) radius of curvature Rb and may extend into a second arc A2. The axis CL can be tilted with respect to the displacement axis G1 at an acute and approximately perpendicular first angle δo. The second arc A2 may have a radius of less than one percent of the external radius of curvature Rb. The second arc A2 may extend from the first crest A1 to a non-contacting flank E1. The second arc A2 may be tangential to the first crest A1 and the non-contacting flank E1.

[0037] O flanco sem contato E1 pode ser uma linha reta inclinada em um primeiro ângulo de flanco α relativamente para a linha central C1. O primeiro ângulo de flanco α pode variar entre 35 graus e 55 graus ou o primeiro ângulo de flanco pode ser menor do que 45 graus. O flanco sem contato E1 pode se estender a partir do segundo arco A2 para um terceiro arco A3. O terceiro arco A3 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb. O terceiro arco A3 pode se estender a partir do flanco sem contato E1 para uma primeira raiz A4. O terceiro arco A3 pode ser tangencial para o flanco sem contato E1 e a primeira raiz A4. A forma de rosca pode possuir uma altura T entre a primeira raiz A4 e uma segunda crista A7. A primeira raiz A4 pode ser um arco com um raio de curvatura interno Rb - T e pode se estender a partir do terceiro arco A3 para um quinto arco A5. A altura T pode ser de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb de maneira tal que o raio de curvatura interno Rb - T é também maior do que o diâmetro externo da parte de acoplamento macho (4), como foi discutido acima para o raio de curvatura. A primeira raiz A4 pode ser concêntrica com a primeira crista A1. A linha central CL pode ser perpendicular para um arco de cada raio de curvatura Rb, Rb - T.[0037] The non-contact flank E1 may be a straight line inclined at a first flank angle α relatively to the center line C1. The first flank angle α may vary between 35 degrees and 55 degrees or the first flank angle may be less than 45 degrees. The non-contacting flank E1 may extend from the second arc A2 to a third arc A3. The third arc A3 may have a radius of less than one percent of the external radius of curvature Rb. The third arc A3 may extend from the non-contacting flank E1 to a first root A4. The third arc A3 may be tangential to the non-contacting flank E1 and the first root A4. The donut shape may have a height T between the first root A4 and a second crest A7. The first root A4 may be an arc with an internal radius of curvature Rb - T and may extend from the third arc A3 to a fifth arc A5. The height T may be less than one percent of the outer radius of curvature Rb such that the inner radius of curvature Rb - T is also greater than the outer diameter of the male coupling part (4), as discussed above for the radius of curvature. The first A4 root may be concentric with the first A1 ridge. The center line CL can be perpendicular to an arc of each radius of curvature Rb, Rb - T.

[0038] O quinto arco A5 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura Rb. O quinto arco A5 pode se estender a partir da primeira raiz A4 para um flanco de contato E2. O quinto arco A5 pode ser tangencial para a primeira raiz A4 e o flanco de contato E2. O flanco de contato E2 pode ser uma linha reta inclinada em um segundo ângulo de flanco β relativamente para a linha central CL. O segundo ângulo de flanco β pode variar entre 40 graus e 45 graus. O primeiro ângulo de flanco α pode ser menor do que o segundo ângulo de flanco β, em consequência disso resultando em uma forma de rosca assimétrica. O flanco de contato E2 pode se estender a partir do quinto arco A5 para um sexto arco A6. O sexto arco A6 pode se estender a partir do flanco de contato E2 para a segunda crista A7. O sexto arco A6 pode ser tangencial para o flanco de contato E2 e a segunda crista A7. A segunda crista A7 pode ser um arco com o raio de curvatura externo Rb.[0038] The fifth arc A5 may have a radius of less than one percent of the radius of curvature Rb. The fifth arc A5 may extend from the first root A4 to a contact flank E2. The fifth arc A5 may be tangential to the first root A4 and the contact flank E2. The contact flank E2 may be a straight line inclined at a second flank angle β relative to the center line CL. The second flank angle β can vary between 40 degrees and 45 degrees. The first flank angle α may be smaller than the second flank angle β, resulting in an asymmetric thread shape. The E2 contact flank may extend from the fifth arc A5 to a sixth arc A6. The sixth arc A6 may extend from the contact flank E2 to the second ridge A7. The sixth arc A6 may be tangential to the contact flank E2 and the second crest A7. The second crest A7 may be an arc with the outer radius of curvature Rb.

[0039] A forma de rosca pode possuir um passo P (comprimento de arco) entre um início do perfil (7m) e um centro da segunda crista A7. A primeira crista A1 pode possuir um comprimento de arco X1 que pode também ser igual para uma metade do comprimento de arco da segunda crista A7. A primeira raiz A4 pode também possuir um comprimento de arco igual para duas vezes aquele do comprimento de arco X1.[0039] The thread shape may have a pitch P (arc length) between a start of the profile (7m) and a center of the second crest A7. The first ridge A1 may have an arc length X1 which may also be equal to one-half the arc length of the second crest A7. The first root A4 may also have an arc length equal to twice that of the arc length X1.

[0040] Alternativamente, as cristas e raízes podem possuir diferentes comprimentos de arco. Alternativamente, o segundo ângulo de flanco pode ser menor do que 45 graus.[0040] Alternatively, the crests and roots may have different arc lengths. Alternatively, the second flank angle may be less than 45 degrees.

[0041] Referindo-se especificamente para a Figura 5B, devido para o fato da curvatura do perfil (7m) em torno de cada raio de curvatura Rb, Rb - T, a linha central CL da forma de rosca adjacente para a extremidade do perfil (7m) pode ser inclinada em relação ao eixo de deslocamento G1 em um segundo ângulo agudo δi que é menor do que o primeiro ângulo δα.[0041] Referring specifically to Figure 5B, due to the fact of the curvature of the profile (7m) around each radius of curvature Rb, Rb - T, the centerline CL of the thread form adjacent to the end of the profile (7m) can be tilted with respect to the displacement axis G1 at a second acute angle δi that is smaller than the first angle δα.

[0042] A Figura 6 ilustra um perfil (7f) da rosca encurvada fêmea (2t). As Figuras 7A e 7B são ampliações de porções de Figura 6. Uma vez que o esboço da rosca fêmea (2t) tenha sido gerado, o perfil (7f) pode ser determinado. O perfil (7f) pode iniciar em uma distância de afastamento Xα a partir do topo (2p). O perfil (7f) pode terminar em um ponto onde a raiz do perfil intercepta um eixo geométrico G1 paralelo para o eixo geométrico longitudinal GL e deslocado para o diâmetro de extremidade D1. A distância de afastamento Xα do perfil fêmea (7f) pode diferir ligeiramente a partir da distância de afastamento do perfil macho (7m). O ângulo de varredura y pode definir a extensão de curvatura do perfil (7f) a partir do início para fim e pode variar entre um grau e 1α graus.[0042] Figure 6 illustrates a profile (7f) of the female curved thread (2t). Figures 7A and 7B are enlargements of portions of Figure 6. Once the outline of the female thread (2t) has been generated, the profile (7f) can be determined. The profile (7f) can start at a distance Xα from the top (2p). The profile (7f) may end at a point where the root of the profile intersects a geometric axis G1 parallel to the longitudinal geometric axis GL and offset to the end diameter D1. The clearance distance Xα of the female profile (7f) may differ slightly from the clearance distance of the male profile (7m). The sweep angle y can define the extent of profile curvature (7f) from start to finish and can vary between one degree and 1α degrees.

[0043] Referindo-se especificamente para a Figura 7A, uma forma de rosca do perfil (7f) pode incluir uma primeira raiz A1. A forma de rosca pode possuir uma configuração trapezoidal. A primeira raiz A1 pode ser um arco com o raio de curvatura externo Rb e pode se estender para um segundo arco A2. O raio de curvatura externo Rb do perfil fêmea (7f) pode diferir ligeiramente a partir do raio de curvatura externo do perfil macho (7m). A linha central CL pode ser inclinada em relação ao eixo geométrico deslocado G1 em um agudo e aproximadamente perpendicular primeiro ângulo δα. O segundo arco A2 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb. O segundo arco A2 pode se estender a partir da primeira raiz A1 para um flanco sem contato E1. O segundo arco A2 pode ser tangencial para a primeira raiz A1 e o flanco sem contato E1. O flanco sem contato E1 pode ser uma linha reta inclinada em um primeiro ângulo de flanco α relativamente para a linha central CL. O primeiro ângulo de flanco α pode variar entre 35 graus e 55 graus.[0043] Referring specifically to Figure 7A, a thread shape of the profile (7f) may include a first root A1. The donut shape may have a trapezoidal configuration. The first root A1 may be an arc with the external radius of curvature Rb and may extend to a second arc A2. The external radius of curvature Rb of the female profile (7f) may differ slightly from the external radius of curvature of the male profile (7m). The axis CL can be inclined with respect to the displaced geometric axis G1 at an acute and approximately perpendicular first angle δα. The second arc A2 may have a radius of less than one percent of the external radius of curvature Rb. The second arc A2 may extend from the first root A1 to a non-contacting flank E1. The second arc A2 may be tangential to the first root A1 and the non-contacting flank E1. The non-contacting flank E1 may be a straight line inclined at a first flank angle α relatively to the center line CL. The first flank angle α can vary between 35 degrees and 55 degrees.

[0044] O flanco sem contato E1 pode se estender a partir do segundo arco A2 para um terceiro arco A3. O terceiro arco A3 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb. O terceiro arco A3 pode se estender a partir do flanco sem contato E1 para a primeira crista A4. O terceiro arco A3 pode ser tangencial para o flanco sem contato E1 e a primeira crista A4. A forma de rosca pode possuir uma altura T entre a primeira crista A4 e uma segunda raiz A7. A primeira crista A4 pode ser um arco com um raio de curvatura interno Rb - T e pode se estender a partir do terceiro arco A3 para um quinto arco A5. O raio de curvatura interno Rb - T do perfil fêmea (7f) pode diferir ligeiramente a partir do raio de curvatura interno do perfil macho (7m). Como é mostrado pelo par de linhas fantasma se estendendo a partir de pontos de extremidade da primeira crista A4, a linha central CL pode se estender através de um ponto mediano da primeira crista A4. A linha central CL pode ser perpendicular para um arco de cada raio de curvatura Rb, Rb - T. A altura T pode ser de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb de maneira tal que o raio de curvatura interno Rb - T é maior do que o diâmetro externo do acoplamento fêmea (2) como foi discutido anteriormente para o raio de curvatura.[0044] The non-contacting flank E1 may extend from the second arc A2 to a third arc A3. The third arc A3 may have a radius of less than one percent of the external radius of curvature Rb. The third arc A3 may extend from the contactless flank E1 to the first ridge A4. The third arc A3 may be tangential to the non-contacting flank E1 and the first ridge A4. The donut shape may have a height T between the first crest A4 and a second root A7. The first ridge A4 may be an arc with an internal radius of curvature Rb - T and may extend from the third arc A3 to a fifth arc A5. The internal radius of curvature Rb - T of the female profile (7f) may differ slightly from the internal radius of curvature of the male profile (7m). As shown by the pair of ghost lines extending from endpoints of the first A4 ridge, the center line CL can extend through a median point of the first A4 ridge. The center line CL may be perpendicular to an arc of each radius of curvature Rb, Rb - T. The height T may be less than one percent of the outer radius of curvature Rb such that the inner radius of curvature Rb - T is larger than the outer diameter of the female coupling (2) as discussed previously for the bending radius.

[0045] O quinto arco A5 pode possuir um raio de menos do que um porcento do raio de curvatura externo Rb. O quinto arco A5 pode se estender a partir da primeira crista A4 para o flanco de contato E2. O quinto arco A5 pode ser tangencial para a primeira crista A4 e o flanco de contato E2. O flanco de contato E2 pode ser uma linha reta inclinada em um segundo ângulo de flanco β relativamente para a linha central CL. O segundo ângulo de flanco β pode variar entre 40 graus e 45 graus. O primeiro ângulo de flanco α pode ser menor do que o segundo ângulo de flanco β, em consequência disso resultando em uma forma de rosca assimétrica. A forma de rosca assimétrica é adicionalmente ilustrada por projeções dos flancos E1, E2 interceptando em um ponto de deslocamento a partir da linha central CL. O segundo ângulo de flanco β do perfil fêmea (7f) pode diferir ligeiramente a partir do segundo ângulo de flanco do perfil macho (7m). O flanco de contato E2 pode se estender a partir do quinto arco A5 para um sexto arco A6. O sexto arco A6 pode se estender a partir do flanco de contato E2 para a segunda raiz A7. O sexto arco A6 pode ser tangencial para o flanco de contato E2 e a segunda raiz A7. A segunda raiz A7 pode ser um arco com o raio de curvature externo Rb.[0045] The fifth arc A5 may have a radius of less than one percent of the external radius of curvature Rb. The fifth arc A5 may extend from the first crest A4 to the contact flank E2. The fifth arc A5 may be tangential to the first crest A4 and the contact flank E2. The contact flank E2 may be a straight line inclined at a second flank angle β relative to the center line CL. The second flank angle β can vary between 40 degrees and 45 degrees. The first flank angle α may be smaller than the second flank angle β, resulting in an asymmetric thread shape. The asymmetric donut shape is further illustrated by projections of the flanks E1, E2 intersecting at a point offset from the center line CL. The second flank angle β of the female profile (7f) may differ slightly from the second flank angle of the male profile (7m). The E2 contact flank may extend from the fifth arc A5 to a sixth arc A6. The sixth arc A6 can extend from the contact flank E2 to the second root A7. The sixth arc A6 may be tangential to the contact flank E2 and the second root A7. The second root A7 can be an arc with the external radius of curvature Rb.

[0046] A forma de rosca pode possuir um passo P (comprimento de arco) entre um início do perfil (7m) e um centro da segunda raiz A7. A primeira raiz A1 pode possuir um comprimento de arco X1 que pode também ser igual para uma metade do comprimento de arco da segunda raiz A7. O comprimento de arco X1 do perfil fêmea (7f) pode diferir a partir do comprimento de arco do perfil macho (7m). A primeira raiz A4 pode também possuir um comprimento de arco de menos do que duas vezes aquele do comprimento de arco X1.[0046] The thread shape may have a pitch P (arc length) between a start of the profile (7m) and a center of the second root A7. The first root A1 may have an arc length X1 which may also be equal to one-half the arc length of the second root A7. The arc length X1 of the female profile (7f) may differ from the arc length of the male profile (7m). The first root A4 may also have an arc length of less than twice that of the arc length X1.

[0047] Alternativamente, as raízes e cristas podem possuir os mesmos comprimentos de arco.[0047] Alternatively, the roots and crests may have the same arc lengths.

[0048] Referindo-se especificamente para a Figura 7B, devido para o fato da curvatura do perfil (7m) em torno de cada raio de curvatura Rb, Rb - T, a linha central CL da forma de rosca adjacente para a extremidade do perfil (7m) pode ser inclinada em relação ao eixo geométrico de deslocamento Gi em um segundo ângulo agudo δi que é menor do que o primeiro ângulo δα.[0048] Referring specifically to Figure 7B, due to the fact of the curvature of the profile (7m) around each radius of curvature Rb, Rb - T, the centerline CL of the thread form adjacent to the end of the profile (7m) can be inclined with respect to the geometric axis of displacement Gi at a second acute angle δi that is smaller than the first angle δα.

[0049] Referência para os flancos de contato E2 e para os flancos sem contato Ei é para o contexto de perfuração quando a coluna de perfuração está em compressão. Quando percorrendo a coluna de perfuração a partir do furo perfurado e desparafusando as hastes de broca, a coluna de perfuração está em tensão e os flancos de contato E2 se tornam os flancos sem contato e os flancos sem contato Ei se tornam os flancos de contato, como é mostrado na figura 8.[0049] Reference for E2 contact flanks and Ei non-contact flanks is for the drilling context when the drill string is in compression. When traversing the drill string from the drilled hole and unscrewing the drill rods, the drill string is in tension and the E2 contact flanks become the non-contact flanks and the Ei non-contact flanks become the contact flanks, as shown in figure 8.

[0050] A Figura 8 ilustra as partes de acoplamento macho (4) e fêmea (2) aparafusadas juntamente. Uma vez que os perfis de rosca (7m, f) tenham sido gerados, cada perfil pode ser adaptado para criar a geometria das respectivas roscas encurvadas (4t, 2t), tal como por truncamento das mesmas. A curvatura encurvada de cada rosca (2t, 4t) ao longo do eixo geométrico longitudinal GL pode resultar em uma configuração frusto-ogiva.[0050] Figure 8 illustrates the male (4) and female (2) coupling parts screwed together. Once the thread profiles (7m, f) have been generated, each profile can be adapted to create the geometry of the respective curved threads (4t, 2t), such as by truncation thereof. The curved curvature of each thread (2t, 4t) along the longitudinal geometric axis GL can result in a frusto-ogive configuration.

Claims

1. Coupling for connecting downhole tubulars, characterized by the fact that it comprises: a tubular body; a female coupling part (2); a male coupling part (4); and at least one of: a male screw thread (4t) formed on an outer surface of the body, and a female screw thread (2t) formed on an inner surface of the body; wherein: the at least one thread has a thread shape including a crest (A1, A4, A7), a root (A1, A4, A7) and a pair of flanks (E1, E2); the crest (A1, A4, A7) and root (A1, A4, A7) are each curved around a respective first and second radii of curvature (Rb, Rb - T) along the entire length of the shape. screw thread; and each radius of curvature (Rb, Rb - T) is greater than one outer diameter of the coupling.

2. Coupling, according to claim 1, characterized by the fact that: each flank (E1, E2) is straight; e: each flank (E1, E2) is connected to an adjacent ridge (A1, A4, A7) and/or root (A1, A4, A7) by a respective arc (A2, A3, A5, A6).

3. Coupling according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that: a center line (CL) of the thread form perpendicular to an arc of each radius of curvature (Rb, Rb - T) is inclined with respect to a longitudinal geometric axis (GL) of the coupling by an acute and approximately perpendicular first angle (δo) adjacent to a start of the at least one thread and inclined by a second angle (δi) adjacent to an end of the at least one thread; and the second angle (δi) is smaller than the first angle (δo).

4. Coupling according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that each radius of curvature (Rb, Rb - T) is at least 5 times greater than an external diameter of the coupling.

5. Coupling according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that the thread shape is asymmetrical.

6. Coupling, according to any of the preceding claims, characterized by the fact that the thread shape is trapezoidal.

7. Coupling, according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that a sweep angle (y) of the at least one thread varies between i and io degrees.

8. Coupling, according to any of the preceding claims, characterized by the fact that the root (Ai, A4, A7) and the crest (Ai, A4, A7) are concentric.

9. Coupling according to any one of the preceding claims, characterized in that a root arc length (Ai, A4, A7) and a crest arc length (Ai, A4, A7) are equal.

10. Coupling according to any one of the preceding claims, characterized in that a root arc length (A1, A4, A7) and a crest arc length (A1, A4, A7) are not equal.

11. Connection, characterized by the fact that it comprises: a female coupling part (2) as defined in any one of claims 1 to 10 having the female thread (2t); and a male coupling part (4) as defined in any one of claims 1 to 10 having the male thread (4t) and screwed to the female thread (2t); wherein: one of the flanks (E1, E2) is a contact flank (E2) and the other flank is a non-contact flank (E1) when the female and male coupling parts (2, 4) are in compression; each flank is straight; each thread shape has a center line (CL) perpendicular to an arc of each respective radius of curvature (Rb, Rb - T); each flank has a flank angle (a, β) inclined with respect to the respective center line; and each contact flank angle (β) is greater than the respective non-contact flank angle (a).

12. Connection according to claim 11, characterized by the fact that each non-contact flank angle is less than 45 degrees.

13. Connection, according to claim 12, characterized by the fact that: each coupling is made of a metal or alloy; the male coupling part (4) has an outer diameter portion, a reduced diameter portion having the male thread, and a shield (4s) connecting the two portions; and the bulkhead (4s) is engaged with one end (2p) of the female coupling part (2) to form a metal-to-metal seal.

14. Drill rod (1) for percussive drilling, characterized by the fact that it comprises: a rod body (3); a female coupling part (2) as defined in any one of claims 1 to 10 having the female thread (2t) and welded to one end of the rod body (3); and a first male coupling part (4) as defined in any one of claims 1 to 10 having the male thread (4t) and welded to a second end of the rod body (3).

15. Drill rod according to claim 16, characterized by the fact that: an external diameter of the female and male couplings (2, 4) varies between 5 centimeters and 20 centimeters; and each radius of curvature (Rb, Rb - T) is greater than one meter.

16. Drill string characterized by the fact that it comprises a drill rod (1) as defined in claim 14 or 15.